1、细胞生物学第一章 绪 论 第一节 细胞生物学的概念和研究内容 第二节 细胞生物学的形成与发展 第三节 细胞生物学与医学科学第一节 细胞生物学及其研究内容 宇宙由不同结构层次的物体组成，细胞是宇宙有机 界中一个非常重要的层次。生命从细胞开始。除了病毒、 类病毒以外，所有生命体都是由细胞构成的。 宇宙由不同结构层次的物体组成，细胞是宇宙有机 界中一个非常重要的层次。生命从细胞开始。除了病毒、 类病毒以外，所有生命体都是由细胞构成的。 一、生命由细胞开始第一节 细胞生物学及其研究内容 一、生命由细胞开始 所有的细胞有共同的进化起源前体。 宇宙由不同结构层次的物体组成，细胞是有机界的一个 非常重要的层
2、次。 所有的细胞有共同的进化起源前体。 宇宙由不同结构层次的物体组成，细胞是有机界的一个 非常重要的层次。细胞 细胞 是由各种化学物质通过特定方式所组成的 是由各种化学物质通过特定方式所组成的 一个具有空间特性和时间特性的四维体系， 一个具有空间特性和时间特性的四维体系， 也是生物 也是生物 体结构和功能的基本单位。 体结构和功能的基本单位。 第一节 细胞生物学及其研究内容 二、细胞是生物的形态结构和生命活动的基本单位Human egg cell + sperm Basic unit of life Smallest unit of life http:/sps.k12.ar.us/masse
3、ngale/study_guides_bi.htm 第一节 细胞生物学及其研究内容 二、细胞是生物的形态结构和生命活动的基本单位第一节 细胞生物学及其研究内容 二、细胞是生物的形态结构和生命活动的基本单位 A. 细胞是生命的基本结构单位, 所有生命体都是由细胞组成的。 A. 细胞是生命的基本结构单位, 所有生命体都是由细胞组成的。 Organism Organ Cell第一节 细胞生物学及其研究内容 二、细胞是生物的形态结构和生命活动的基本单位 B. 细胞是生命的基本功能单位 (新陈代谢) B. 细胞是生命的基本功能单位 (新陈代谢)第一节 细胞生物学及其研究内容 二、细胞是生物的形态结构和生
4、命活动的基本单位 C. 细胞是生命延续的基本单位（遗传和变异） C. 细胞是生命延续的基本单位（遗传和变异）第一节 细胞生物学及其研究内容 D. 细胞的分裂与分化是个体生长发育的基础 D. 细胞的分裂与分化是个体生长发育的基础 生长发育（ 生长发育（growth and development growth and development） ）： ：生长（细胞分裂）是指身体各器官、系 生长（细胞分裂）是指身体各器官、系 统的长大和形态变化，是量的改变；发育（分化）是指细胞、组织和器官的分 统的长大和形态变化，是量的改变；发育（分化）是指细胞、组织和器官的分 化完善与功能上的成熟，产质的改变。两
5、者密切相关，生长是发育的物质基础。 化完善与功能上的成熟，产质的改变。两者密切相关，生长是发育的物质基础。 而发育成熟状况又反映在生长的量的变化。 而发育成熟状况又反映在生长的量的变化。 二、细胞是生物的形态结构和生命活动的基本单位第一节 细胞生物学及其研究内容 E. 细胞的减数分裂是个体繁衍的基础。 E. 细胞的减数分裂是个体繁衍的基础。 生殖（reproduction）：生物产生后代和繁衍种族的过程， 是生物界普遍存在的一种生命现象。 生殖（ 生殖（reproduction reproduction）： ）：生物产生后代和繁衍种族的过程， 是生物界普遍存在的一种生命现象。 二、细胞是生物的
6、形态结构和生命活动的基本单位第一节 细胞生物学及其研究内容 三、细胞的基本性质 A. 细胞是由质膜（plasma membrane）包围的，相对独立的功能 单位，能够自我调节和独立生存。 A. 细胞是由质膜（plasma membrane）包围的，相对独立的功能 单位，能够自我调节和独立生存。第一节 细胞生物学及其研究内容 三、细胞的基本性质 B. 所有细胞都具有相似的结构、组成及代谢特性： 质膜，DNA/RNA及核糖体 B. 所有细胞都具有相似的结构、组成及代谢特性： 质膜，DNA/RNA及核糖体 以相同的线性化学密码（DNA）形式储存遗传信息； 通过模板聚合作用复制遗传信息； 将遗传信息转
7、录为共同的中间体（RNA）； 以相同的方式在核糖体上将RNA翻译为蛋白质；第一节 细胞生物学及其研究内容 三、细胞的基本性质 C. 细胞能够繁殖，甚至在长时期可以以细胞系的形式生长和繁殖。 C. 细胞能够繁殖，甚至在长时期可以以细胞系的形式生长和繁殖。第一节 细胞生物学及其研究内容 三、细胞的基本性质 D.细胞通过表面受体感知环境中的变化从而对这些刺激产生反应 D.细胞通过表面受体感知环境中的变化从而对这些刺激产生反应 罗伯特莱夫科维茨 布赖恩科比尔卡 . . 细胞核、染色体及基因表达 细胞核、染色体及基因表达 . . 细胞膜与细胞器 细胞膜与细胞器 . . 细胞骨架 细胞骨架 . . 细胞增
8、殖及其调控 细胞增殖及其调控 . . 细胞分化及其调控 细胞分化及其调控 . . 细胞衰老与凋亡 细胞衰老与凋亡 . . 细胞起源与进化 细胞起源与进化 . . 细胞工程 细胞工程 第一节 细胞生物学及其研究内容 四、细胞生物学研究内容人类基因组计划已 经提前完成，分子水平 的整套基因的测序结果 已经公布，接下来的大 量繁复和艰难的基因功 能分析、调控机理等研 究也将主要在细胞水平 上展开。 第一节 细胞生物学及其研究内容 五、细胞生物学的科学位置细胞生物学在分子和整体之间、在形态和功能之间 架起了桥梁，而且强力地渗透进其他生物学科并促进这 些学科的发展，细胞生物学将在后基因组时代的生命科 学
9、中取得更大的发展空间并拥有其他学科不可替代的重 要地位。 第一节 细胞生物学及其研究内容 六、细胞生物学的科学位置1. 1. 细胞遗传学 细胞遗传学 ( ( cytogenetics cytogenetics ) ) 2. 2. 细胞生理学 细胞生理学 ( ( cytophysiology cytophysiology ) ) 3. 3. 细胞社会学 细胞社会学 ( ( cytosocilogy cytosocilogy ) ) 5. 5. 染色体生物学 染色体生物学 (chromosome biology) (chromosome biology) 4. 4. 膜生物学（ 膜生物学（ mem
10、brane biology) membrane biology) 6.基因组学（genomics） 7.蛋白质组学（proteomics） 8. 8. 细胞组学 细胞组学 ( ( cytomics cytomics ) ) 第一节 细胞生物学及其研究内容 七、细胞生物学分支学科第一节 细胞生物学及其研究内容 八、细胞生物学常用模式生物第一节 细胞生物学及其研究内容 八、细胞生物学常用模式生物第一节 细胞生物学及其研究内容 八、细胞生物学常用模式生物 人与小鼠基因簇比较 人和小鼠：最接近的基因组成和发育模式第一节 细胞生物学及其研究内容 八、细胞生物学常用模式生物 Kit基因突变导致人与小鼠相同
11、部位的细胞色素丢失 人和小鼠：最接近的基因组成和发育模式第二节 细胞生物学的形成与发展四个主要的阶段： 第一阶段：细胞的发现及细胞学说的创立 第二阶段：细胞学阶段(19世纪中20世纪初) 第三阶段：实验细胞学阶段(20世纪初20世纪中) 第四阶段：细胞与分子生物学的形成和发展时期 第二节 细胞生物学的形成与发展1665年，英国科学家Robert Hooke使用自制的显 微镜第一次观察到了植物细胞壁的结构，并提出了“细胞 (cell)”这一术语。 第二节 细胞生物学的形成与发展 第一阶段：细胞的发现及细胞学说的创立 1675 1675 荷兰科学家列文 荷兰科学家列文 虎克 虎克 (Leeuwen
12、hoek) (Leeuwenhoek) 发现活的细胞 发现活的细胞 列文 列文 虎克 虎克 观 观察到了血细胞、水生原生动 察到了血细胞、水生原生动 物、人类和哺乳类动物的精子，这是人类 物、人类和哺乳类动物的精子，这是人类 第一次观察到完整的活细胞。 第一次观察到完整的活细胞。 第二节 细胞生物学的形成与发展 第一阶段：细胞的发现及细胞学说的创立细胞学说（1839年）：所有生物都是由细胞构成的； 所有的生活细胞的结构都是类似的； 所有的细胞都是来源于已有的细胞的分裂。 Matthias Schleiden1838 Theodor Schwann 1835 plants are made up
13、 of cells animals are made up of cells 第二节 细胞生物学的形成与发展 第一阶段：细胞的发现及细胞学说的创立第二阶段 细胞学阶段 接下来的100余年中，由于技术手段的限制，对细胞的研究主 要局限在细胞和部分细胞器的形态结构观察和细胞化学成分分析方 面，被称为“细胞学（cytology）”阶段。 在这一时期中，利用实验细胞学技术获得了一些有意义的成 果，如提出了原生质理论，研究了细胞受精和分裂，发现了中心体、 高尔基体和线粒体等细胞器。1925年美国细胞学家EB Wilson绘制 的细胞的模式图总结了这一阶段的研究成果。 第二节 细胞生物学的形成与发展采用实
14、验手段，综合研究细胞的生理功能，生化 采用实验手段，综合研究细胞的生理功能，生化 变化和发生发展过程。 变化和发生发展过程。 1902 Boveri，Suttan染色体遗传理论:指出染色体是基因的载体 1910 Morgen基因学说：分离定律，自由组合，连锁互换 1909 Harrison组织培养 1943 Cloude高速离心提取细胞器 1924 FeulgenFeulgen染色测定DNA 1940 BrachetUnna染色测定RNA 1940 Casperson紫外分光光度法检测DNA 第二节 细胞生物学的形成与发展 第三阶段 实验细胞学阶段最近50多年来，分子领域研究 中发生的所有重大
15、事件，例如 DNA双螺旋模型的提出、基因 序列分析的开展、DNA重组技 术和酶分子活性定位的建立等 都启发并推动细胞生物学向更 深层次迅速地发展。 第二节 细胞生物学的形成与发展 第四阶段 分子生物学阶段 1983年，美国人K.B.Mullis发明 PCR仪，于1993年获诺贝尔化学 奖。1988年美国Cetus公司获PCR 技术专利，1990年其诊断试剂盒 和仪器的销售额达2600万美元。 第二节 细胞生物学的形成与发展 第四阶段 分子生物学阶段1990年，美国国会正式批准的“人类基因组计划” （Human Genome Project, 计划在15年内投入30亿美元以上的资金进行人 类基因
16、组分析。 我国于1993年加入该计划，承担其中1%的任 务，即人类3号染色体短臂上约30Mb的测序任务。2000年6月28 日人类基因组工作草图完成。 第二节 细胞生物学的形成与发展 第四阶段 分子生物学阶段1997年Wilmut等用乳腺细胞同去除染色质的卵 细胞融合，成功制成克隆羊。 第二节 细胞生物学的形成与发展 第四阶段 分子生物学阶段细胞既是组成人体的基本结构单位和功能单位，又是病理发生 细胞既是组成人体的基本结构单位和功能单位，又是病理发生 的基本单位。细胞生物学的每一项研究进展都促进着基础医学和临 的基本单位。细胞生物学的每一项研究进展都促进着基础医学和临 床医学的发展。 床医学的
17、发展。 膜表面受体的研究 膜表面受体的研究: :偶联 偶联G G 蛋白受体 蛋白受体/ /信号传递 信号传递 细胞凋亡 细胞凋亡: :细胞周期调控 细胞周期调控/ /促凋亡基因 促凋亡基因/ /抑制凋亡基因 抑制凋亡基因 衰老 衰老: :端粒 端粒/ /自由基 自由基/ /细胞周期调控 细胞周期调控 肿瘤 肿瘤: :细胞培养特征 细胞培养特征/ /细胞周期调控 细胞周期调控/ /癌基因 癌基因/ /抑癌基因等 抑癌基因等 心脑血管疾病 心脑血管疾病: :细胞脂代谢障碍 细胞脂代谢障碍/ /通道蛋白功能异常 通道蛋白功能异常 遗传病 遗传病: :染色体病 染色体病/ /多基因病 多基因病/ /单
18、基因病 单基因病 单克隆抗体技术； 单克隆抗体技术； 基因治疗； 基因治疗； 干细胞研究 干细胞研究 第三节 细胞生物学与医学科学第二章 细胞的概念和分子基础 Cell and Molecular Basis内容 第一节 细胞的基本概念 第二节 细胞的起源与进化 第三节 细胞的分子基础一、细胞是生命活动的基本单位 二、原核细胞 三、真核细胞 四、病毒 五、细胞的结构特征 第一节 细胞的基本概念一、细胞是生命活动的基本单位 1. 细胞是构成有机体的基本单位； 2. 细胞具有独立完整的代谢体系，是代谢与功能的基 本单位； 3. 细胞是有机体生长与发育的基础； 4. 细胞是遗传的基本单位，细胞具有遗
19、传的全能性； 5. 没有细胞就没有完整的生命。 (一)细胞的概念 第一节 细胞生物学及其研究内容(二)细胞的分类 细胞分为三大类型 原核细胞 古核细胞 真核细胞 早期细胞分为两大类 原核细胞（prokaryotic cell） 真核细胞（eukaryotic cell） 1990年，生物界被划 分为三个域 细菌域（bacteria） 古菌域（archaea） 真核域（eukarya） 第一节 细胞生物学及其研究内容生物三域分类的系统树 第一节 细胞生物学及其研究内容特点： 结构简单：DNA为裸露的环状分子，无膜包裹， 形成拟核（nucleoid）； 细胞质中无膜性细胞器， 含有核糖体。 体积小
20、：直径约为1到数个微米 二、原核细胞 主要代表：支原体、衣原体、细菌、蓝绿藻（蓝细菌） 第一节 细胞生物学及其研究内容1.支原体（mycoplasma） 最小最简单的细胞 大小：通常为0.10.3m 细胞膜：具有典型的细胞膜-磷脂-蛋白质双分子层。 无细胞壁,呈现多形性。 DNA：呈环形双链，胞质内分散存在，指导约400种 蛋白质合成 第一节 细胞生物学及其研究内容 肺炎支原体侵染仓鼠气管组织的TEM照片2.细菌 原核细胞的典型代表 细胞壁：位于细菌外表面，主要成分为肽聚糖。 细胞膜：由脂质和蛋白质组成，可内陷形成中间体 细胞质： DNA：环状分子，很少有重复序列，无内含子 质粒（plasmi
21、d）：能够独立于基因组DNA以外，自 我复制的环状结构。 第一节 细胞生物学及其研究内容细菌结构示意图 70S细菌核糖体 50S大亚基 30S小亚基 有的细菌还有夹膜、鞭毛、菌毛等特殊结构。 核糖体：大部分游离于细胞质中，小部分附着在细胞膜 内表面。 第一节 细胞生物学及其研究内容3.古细菌（archaebacteria） 一类很特殊的细菌，多 生活在极端环境中，如高温、高盐环境。 特点： 具有原核生物的某些特征：无核膜及内膜系统。 具有真核生物的特征：RNA聚合酶和真核细胞的相 似、DNA具有内含子并结合组蛋白等。 具有不同于原核细胞和真核细胞的特征：细胞膜中 的脂类不可皂化，细胞壁不含肽聚
22、糖。 第一节 细胞生物学及其研究内容(一)真核细胞的形态大小 三、真核细胞 形态：多种多样，常与细胞所处的部位及功能相关 大小：差异很大，与细胞类型有关 第一节 细胞生物学及其研究内容(二)真核细胞的基本结构 第一节 细胞生物学及其研究内容 光镜下结构： 细胞膜（cell membrane） 细胞质（cytoplasm） 细胞核（nucleus） 电子显微镜： 膜相结构与非膜相结构 膜相结构：内质网、高尔基复合体、 溶酶体、 过氧化物酶体、细胞 核、线粒体 非膜相结构：核糖体、细胞骨架、 核仁、染色质、细胞基质、核基 质、中心体 动物细胞结构模式图真核细胞的基本结构特点： 以脂质及蛋白质成分为
23、基础的膜相结构体系生 物膜系统 包括细胞膜、内质网、高尔基复合体、线粒体、溶 酶体、过氧化物酶体及核膜等。 以核酸-蛋白质为主要成分的遗传信息表达体系 遗传信息储存与表达系统 真核细胞储存遗传信息的DNA是以与蛋白质结合形 式而存在，DNA与蛋白质的结合与包装程度决定了 DNA复制和遗传信息的表达。 第一节 细胞生物学及其研究内容由特异蛋白质分子构成的细胞骨架体系细胞骨 架系统 由一系列纤维状蛋白组成的网状结构系统，包括细 胞质骨架与核骨架。 核糖体与蛋白质合成系统 核糖体（ribosome）：蛋白质的加工厂。 细胞质溶胶 细胞质溶胶（cytosol）：细胞质中除了细胞器和细 胞骨架结构之外的
24、区域，协助完成物质运输、能量 传递、信息传递等细胞活动。 第一节 细胞生物学及其研究内容原核细胞与真核细胞的比较 第一节 细胞生物学及其研究内容 真核细胞与原核细胞之比较 1.主要差别 核膜的有无； 除核糖体之外，其他细胞器的有无； DNA的存在形式。 2.共同特征 均有细胞膜； 都有DNA、RNA两种核酸； 都有核糖体。原核细胞与真核细胞的比较 第一节 细胞生物学及其研究内容四、病毒 特点： 在活细胞内才能表现出它们的基本生命活动 在电子显微镜下才能看到 结构： 核酸分子与蛋白质组成的核酸-蛋白质复合体 分类：根据病毒的核酸类型可以将其分为两大类： DNA病毒 / RNA病毒 类病毒（vir
25、oid）：仅由感染性的RNA构成。 朊病毒（prion） ：仅由感染性的蛋白质亚基构成。 第一节 细胞生物学及其研究内容病毒的分子结构 第一节 细胞生物学及其研究内容第一节 细胞生物学及其研究内容 类病毒（viroid）仅由感染性的RNA组成，是一种无蛋白质外 壳结构的RNA。 类病毒为严格寄生物，专一性很强，通常感染高 等植物，并整合到植物的细胞核内进行复制。类病毒通常通过种 子或花粉传播。 朊病毒（prion)仅由感染性的蛋白质亚基组成，是一种无核酸 的蛋白质，引起的疾病包括：羊瘙痒病、疯牛病，以及人类的克- 雅二氏病、 GSS综合征 、克鲁病 、致死性家族性失眠症。第二节 细胞的起源与进
26、化 一、原始细胞的形成 二、原核细胞向真核细胞的演化 三、单细胞生物向多细胞生物的进化第二节 细胞的起源与进化 生命进化历程 45 亿年前 地球形成 44亿年前 海洋出现 38 亿年前 生命出现（原始生命体、 原始细胞形成） 35 亿年前 原核细胞形成（蓝细 菌，需氧） 15 亿年前 真核细胞形成 12 亿年前 多细胞生物形成（藻类） 生命进化历程 45 亿年前 地球形成 44亿年前 海洋出现 38 亿年前 生命出现（原始生命体、 原始细胞形成） 35 亿年前 原核细胞形成（蓝细 菌，需氧） 15 亿年前 真核细胞形成 12 亿年前 多细胞生物形成（藻类） 一、原始细胞的形成雷电、紫外 火山爆
27、发 细胞的起源 化学进化的四个阶段 一、原始细胞的形成 1.从无机小分子形成有机小分子物质 原始大气物质 有机小分子 2.从有机小分子物质形成生物大分子物质 有机小分子 生物大分子 3.从生物大分子物质组成多分子体系 4.从多分子体系演变为原始生命 原始核酸蛋白质 核酸蛋白质微滴 原始生命 聚合 进化、选择 长期进化 生长分裂 原始新陈代谢细胞的发生： 1 多聚体的形成 2 膜的出现是细胞形成的关键 3 原始细胞的诞生 无机物 有机物 多聚体 生物大分子 原始细胞 原核细胞 真核细胞 多细胞生物 单细胞生物 团聚体 球形细胞 一、原始细胞的形成第二节 细胞的起源与进化 原始细胞 原核细胞 真核
28、细胞 二、原核细胞到真核细胞的演化第二节 细胞的起源与进化 二、原核细胞到真核细胞的演化 一般认为，真核细胞是由原核细胞进化而来的 原始真核细胞大约在15亿年前在地球上出现 分化起源说：原核生物在进化历程中，通过内在矛盾和自然选 择，逐步分化出的内膜系统，胞核系统和能量转化系统，最终 形成功能完善的真核细胞，并由此形成真核生物。第二节 细胞的起源与进化 内共生起源说：真核细胞中的细胞器，线粒体和叶绿体起源于内 共生于真核生物细胞中的原核生物。这种理论认为线粒体起源于 好氧性细菌（很可能是接近于立克次体的变形菌门细菌），而叶 绿体源于内共生的光合自养原核生物蓝藻。 真核细胞是由原始厌氧菌的后代吞
29、入了需氧菌逐步演化而来第二节 细胞的起源与进化 三、单细胞生物向多细胞生物的进化 多细胞生物进化的早期由单细胞聚集成群体 在多细胞机体内出现细胞的分工和协作 从聚集到分工单细胞生物向多细胞生物的进化第二节 细胞的起源与进化 团藻：较为原始的多细胞生物第三节 细胞的分子基础 组成细胞的化学物质是地球上最基本元素 细胞的组成成分包括小分子和大分子 大分子物质有多糖、蛋白质和核酸组成人体细胞的主要元素 （占细胞鲜重的百分比） 组成人体细胞的主要元素 （占细胞干重的百分比） 无论是干重还是鲜重，组成细胞的元素中C、H、 O、N这四种元素的含量最多，在干重中C的含量达到 48.4%。这表明C是构成细胞的
30、基本元素。 第三节 细胞的分子基础无机化合物 有机化合物 水: 85%95% 无机盐: 1%1.5% 糖类： 脂质：1%1.5% 蛋白质：7%10% 核酸： C、H、O C、H、O C、H、O、N、 P、S、Fe C、H、O、N、P 11.5 第三节 细胞的分子基础第三节 细胞的分子基础生物小分子 (一)水和无机盐是细胞内的无机化合物 1.水 水是细胞中含量最多的成分 水在细胞中以两种形式存在： 游离水 结合水，通过氢键或其他键同蛋白质结合 作用：良好溶剂，为各种代谢反应提供环境。2.无机盐：以离子状态存在 阴离子：如Cl 、PO 4 、HCO 3 等 阳离子：如Na + 、K + 、Ca 2
31、+ 等 游离形式：维持细胞内外液的渗透压和pH值。 结合形式：直接与蛋白质或脂类结合，组成具有一 定功能的结合蛋白或类脂。 第三节 细胞的分子基础生物小分子无机物：水和无机盐 气体：O 2 、CO 2 、NO等 第三节 细胞的分子基础生物小分子单糖 多糖 脂肪酸脂质 氨基酸多肽蛋白质 核苷酸 核酸 第三节 细胞的分子基础 有 机 化 合 物细胞的有机小分子物质-单糖 从结构上看，糖类一般是多羟基醛或 多羟基酮，或其聚合物、衍生物。 糖精：学名：邻苯甲酰磺酰亚胺； 不是糖，但是比蔗糖甜500倍。细胞的有机小分子物质-单糖细胞的有机小分子物质-单糖细胞的有机大分子物质多糖多糖:存在于细胞膜表面和细
32、胞间质，构成生物信息的来源。 (1)糖蛋白(glycoprotein):共价结合糖的蛋白质 糖链和肽链的连接有两种方式: N-糖肽键和O-糖肽键两种。 有的糖蛋白只含N-糖链；有的糖蛋白只含O-糖链； 但有些糖蛋白既含N-糖链，又含O-糖链。 (2)糖脂(glycolipid): 有鞘糖脂、甘油糖脂、磷酸多萜醇衍生糖脂和类固醇衍生糖 脂四类。 多糖:存在于细胞膜表面和细胞间质，构成生物信息的来源。 (1)糖蛋白(glycoprotein):共价结合糖的蛋白质 糖链和肽链的连接有两种方式: N-糖肽键和O-糖肽键两种。 有的糖蛋白只含N-糖链；有的糖蛋白只含O-糖链； 但有些糖蛋白既含N-糖链，
33、又含O-糖链。 (2)糖脂(glycolipid): 有鞘糖脂、甘油糖脂、磷酸多萜醇衍生糖脂和类固醇衍生糖 脂四类。 细胞的有机大分子物质多糖细胞的有机大分子物质-多糖 功能：.营养物质： 由C,H,O构成，可用来进行细胞内自身物质的合成 .能源储备：绿色植物进行的光合作用； 在生物体内通过氧化释放能量 .运输信号：糖基化 赋予了蛋白质传导信号的功能 .受体成分：细胞膜上的受体多为 糖蛋白受体细胞的小分子物质-脂肪酸 脂肪酸（fatty acid） 通式为 CH 3 (CH)nCOOH, 以具有碳氢长链疏水端与羧基亲水 端为特征。一般含一个羧基，该羧基可电离，易形成酯和酰胺。 饱和脂肪酸 不饱
34、和脂肪酸 功能： 营养物质和能源物质： 膜组分 ：细胞的小分子物质-核苷酸(nucleotide) 核苷酸（nucleotide） 碱基 嘌呤碱 嘧啶碱 腺嘌呤（adenine,A） 鸟嘌呤（guarnine,G） 胞嘧啶（cytosine,C） 胸腺嘧啶（thymine,T） 尿嘧啶（uracil,U） 戊糖 核糖（ribose） 脱氧核糖（dyoxyribose） 磷酸细胞的小分子物质-核苷酸(nucleotide) 1）核苷：戊糖与碱生成的- 苷，称为核苷细胞的小分子物质-核苷酸(nucleotide) N N N N NH 2 HOCH 2 H H OH H H H O 1 2 3 4
35、 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 NH N N N O HOCH 2 H H OH H H H O NH 2 N N NH 2 O HOCH 2 H H OH H H H O 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 NH N O O HOCH 2 H H OH H H H O CH 3 A G C T 腺嘌呤脱氧核苷( 脱氧腺苷) 鸟嘌呤脱氧核苷( 脱氧鸟苷) 胞嘧啶脱氧核苷( 脱氧胞苷） 胸腺嘧啶脱氧核苷( 脱氧胸苷） DNA中常见的四种脱氧核苷细胞的小分子物质-核苷酸(nucleotide) N N N N NH 2 HOCH 2 H H OH H OH H O 1 2 3 4
36、 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 NH N N N O HOCH 2 H H OH H OH H O NH 2 N N NH 2 O HOCH 2 H H OH H OH H O 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 NH N O O HOCH 2 H H OH H OH H O A G C U 腺嘌呤核苷( 腺苷) 鸟嘌呤核苷( 鸟苷) 胞嘧啶核苷( 胞苷） 尿嘧啶核苷( 尿苷） RNA中常见的四种核糖核苷脱氧核糖核酸（ 脱氧核糖核酸（ DNA DNA ） ） 3 3 ， ， 5 5 - - 磷酸二酯键 磷酸二酯键 第三节 细胞的分子基础 -生物大分子细胞的大分子物质-DNA
37、结构: Watson和Crick的DNA双螺旋结构要点 反向平行的右手双螺旋(直径2nm,螺距 3.4nm, 每圈10bp)； 碱基互补(AT；GC)； 侧链碱基随机排列(4 n ) 链上的大沟是转录因子作用的位点。 功能:储存和传递遗传信息。DNA功能：储存、复制和传递遗传信息 遗传信息的储存：生物体的遗传信息储存于DNA分子的线性核 苷酸序列中，核苷酸的数量和排列方式决定了DNA分子的复杂 性和多样性。 遗传信息的复制：DNA分子中所携带的遗传信息通过复制传递 给子代细胞，复制是以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程，新 形成的子代DNA分子在碱基序列上与亲代DNA分子完全相同。 遗传信息
38、的传递：DNA分子所携带的遗传信息通过转录传递给 RNA，再通过翻译合成蛋白质，决定细胞的生物学行为。 细胞的大分子物质-DNADNA RNA Protein 细胞的大分子物质- RNA细胞的大分子物质-RNA 核糖核酸(ribonucleic acid, RNA) 组成：核糖核苷酸以3 ,5 磷 酸二酯键相连 来源：源于DNA的转录 。 种类：编码RNA ：mRNA 非编码RNA: tRNA(转运RNA) 、 rRNA(核糖体RNA) 、 snRNA( 核小 RNA) 、 核酶、 miRNA( 小RNA) 、siRNA(小干扰 RNA) 、smRNA(小修饰性RNA) 、 tncRNA(微小
39、非编码RNA)细胞的大分子物质-RNA 核糖核酸（ 核糖核酸（ RNA RNA ） ） RNA是单链分子，因此，在RNA分子中，并不遵守 碱基种类的数量比例关系，即分子中的嘌呤碱基总 数不一定等于嘧啶碱基的总数。 RNA分子中，部分区域也能形成双螺旋结构，不能 形成双螺旋的部分，则形成突环。这种结构可以形 象地称为“发夹型”结构。 细胞的大分子物质-核糖核酸(RNA) RNA的结构特点发卡式结构 A-U, C-G配对 细胞的大分子物质-核糖核酸(RNA)细胞的大分子物质-核糖核酸(RNA) 信使RNA(messenger RNA，mRNA) 结构:直线单链。 含量:占全部RNA的1%-5% 寿
40、命:几分钟(原核细胞) 或几小时(真核细胞)。 功能:遗传信息从DNA传递至蛋白质的中间体1) mRNA分子中每三个相邻的碱基组成一个密码子（codon），决定蛋白质中氨 基酸的排列顺序。 起始密码子：离5端最近的AUG; 终止密码子：UAA; UAG; UGA。 2) 5端含m7GpppN的帽子结构 （7-甲基鸟嘌呤）： 保护mRNA不被核酸外切酶水解；与帽结合蛋白结合识别核糖体，与翻译起 始有关。 3）3端含polyA尾巴（多聚腺苷酸）：避免降解，与 mRNA的稳定性有关 。 细胞的大分子物质-核糖核酸(RNA)真核细胞mRNA的结构特点 5 “帽子” PolyA 3 顺反子 m 7 G-
41、5ppp-N-3 p m 7 G-5ppp-N-3 p AAAAAAA-OH 一条mRNA链只能编码一种蛋白质原核生物的多顺反子 真核生物的单顺反子 非编码序列 核蛋白体结合位点 起始密码子 终止密码子 编码序列 PPP 5 3 蛋白质 PPP m G- 5 3 蛋白质 AAA 转移核糖核酸（transfer RNA, tRNA） 含量：总RNA的5%10% 结构特点：单链结构，部分折叠，分子结构呈三叶草形。 3端有CCA三个碱基，与特定氨基酸结合。 反密码环上的三个碱基组成反密码子（anticodon）， 与mRNA上密码子互补结合，参与蛋白质合成。 功能：转运特定的氨基酸， 参与蛋白质合成
42、 . 细胞的大分子物质-核糖核酸(RNA)tRNA 二级结构 三级结构 氨基酸臂 tRNA的构象 clover leaf携带氨基酸 识别mRNA 上的密码 识别并结合 核蛋白体 氨基酸臂 双氢尿嘧啶DHU臂 反密码臂 可变臂 T C臂 3端含三个碱基 5CCA 3 为氨基酸 臂, 结合氨基酸。 tRNA辨认mRNA,并将氨基酸结 合在核糖体上，供给蛋白质合成 D环：与氨酰 tRNA合成酶 结合。 反密码子环 T CG环 在三叶草型二级 结构的基础上， 突环上未配对的 碱基由于整个分 子的扭曲而配成 对，目前已知的 tRNA的三级结构 均为倒L型。 细胞的大分子物质-核糖核酸(RNA)细胞的大分
43、子物质-核糖核酸(RNA) 核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA） 结构：单链内折成多臂环。 含量：占总RNA的80%-90% 寿命：几个小时。 类型：真核生物5S、5.8S、18S和28S； 原核生物5S、16S和23S。 功能：与一些蛋白结合 并形成蛋白质合成的场所细胞的大分子物质-核糖核酸(RNA)核小RNA（small nuclear RNA, snRNA） 组成：含70300个核苷酸 含量：不及总RNA的1% 功能：参与基因转录产物的加工，富含尿苷酸的U- snRNA与特异蛋白结合成剪接体UsnRNP。 微小RNA（microRNA, miRNA） 组成：长约2125n
44、t的非编码RNA ，具有发夹结构。 功能：抑制靶基因的蛋白质合成或促使靶基因的 mRNA降解，从而参与细胞分化与发育的基因 表达调控 。 细胞的大分子物质-核糖核酸(RNA)细胞的大分子物质-核糖核酸(RNA) miRNA的形成与作用机制核酶:具有酶活性的RNA。最初发现于rRNA的剪接。 功能：核酶的底物是RNA分子，它们通过与序列特异性的靶 RNA分子配对而发挥作用。 细胞的大分子物质-核糖核酸(RNA)动物细胞内主要含有的RNA种类及功能 RNA种类 存在部位 功能 mRNA 细胞核与细胞质，线粒体(mt mRNA) 蛋白质合成模板 rRNA 细胞核与细胞质，线粒体(mt rRNA) 核
45、糖体的组成成分 tRNA 细胞核与细胞质，线粒体(mt tRNA) 转运氨基酸，参与蛋白 质合成 snRNA 细胞核 参与mRNA前体的剪接、 加工 snoRNA 细胞核 参与rRNA的加工与修饰 miRNA 细胞核与细胞质 基因表达调节 lncRNA 细胞核与细胞质 基因表达调节 核酶 细胞核与细胞质 催化RNA剪接 细胞的大分子物质-核糖核酸(RNA)细胞的有机小分子物质-氨基酸（amino acid） 氨基酸 ：20 多种天然氨基酸，以R 基的极性不同分为： 分类：非极性R 基氨基酸； 不带电荷的极性R 基氨基酸； 带正电荷的R 基氨基酸（碱性）；His、lys、Arg。 带负电荷的R
46、基氨基酸（酸性）：Asp D、Glu 功能：作为结构成分形成蛋白质； 作为能源物质。蛋白质 组成：氨基酸以肽键相连而成的直线结构。 结构： 1） 一级结构：以肽键为主键的多肽链中氨基酸的排列顺序 （N端C端）。 细胞的大分子物质-蛋白质（Protein）细胞的大分子物质-蛋白质(Protein) 2) 蛋白质的二级结构 二级结构：指肽链上相邻氨基酸残基间主要靠氢键维持 重复有序的空间结构 有-螺旋（如 -角蛋 白）， -折叠（如免疫球蛋白轻链，三股螺 旋（为胶原蛋白独有）。细胞的大分子物质-蛋白质(Protein) 3) 三级结构：在二级结构的基础上蛋白质分子进一步折叠、盘曲形 成的接近球形的
47、空间结构, 以疏水键、酯键、氢键、离子键和二硫 键维持。 蛋白质只有在三级结构的基础上才具有活性。 肌红蛋白的三维结构细胞的大分子物质-蛋白质(Protein) 4）蛋白质的四级结构： 由多条肽链组成的蛋白质，每条肽链都有其独特的三级结构(也 称亚基)亚基间常以氢键、疏水键和离子键相连。细胞的大分子物质-蛋白质(Protein) 5).蛋白质结构与功能的关系:功能取决于其结构 螺旋-环-螺旋、亮氨酸拉链、二聚体、复合体等 极性的Glu -非极性的Val 使得HBS分子表面负电荷 减少-患者的血红蛋白容 易发生聚集并形成杆状多聚 体，从而导致红细胞变形。细胞的大分子物质-蛋白质(Protein)
48、 5). 蛋白质结构与功能的关系: 活细胞内蛋白质功能的发挥与其构象的改变密切相关。如磷 酸化与去磷酸化使蛋白质构象改变。 蛋白质的磷酸化与去磷酸化左右 其功能的发挥 A. 蛋白质磷酸化与去磷酸化反应 B. 蛋白激酶催化蛋白质磷酸化， 可以提高/降低蛋白质活性，取决 于磷酸化的位置和蛋白质的结构细胞的大分子物质-蛋白质(Protein) 6）酶: 具有催化功能的蛋白质或核酸。 酶的特性: 高度的催化效能； 高度的专一性； 高度的不稳定性。7)蛋白质折叠: 分子伴侣(molecular chaperone) 负责蛋白质正确折叠 细胞的大分子物质-蛋白质(Protein)8).蛋白质的功能： .催化功能（蛋白酶） .运输和储存（血红蛋白、转铁蛋白） .协调动作（肌肉收缩、染色体运动） .机械支持（胶原蛋白） .免疫保护（抗体） .产生和传递神经冲动（视紫红质） .控制生长和分化（阻遏蛋白、神经生长因子） 细胞的大分子物质-蛋白质(Protein)第四章 细胞膜与物质穿膜运输 细胞膜 (cell membrane) 是包围在细胞质表面的一层薄膜，又 称质膜（plasma membrane）。 细胞膜的基本功能 1.为细胞的生命活动提供了 稳定的内环境 2.物质转运
